Обессеривание расплавленного металла шлаком

Здесь метод окисления из-за одновременного окисления серой железа не пригоден. Обессеривание расплавленного металла производят переводом серы в шлак при помощи реагентов, дающих более прочное соединение чем FeS и менее растворимые в железе CaS, MnS, MgS, Na2S. Ведущее место принадлежит CaO в виде извести, известняка и доломита. В ме таллургических агрегатах происходит реакция

 

Запишем константу равновесия для этой реакции

Учитывая особенности химического анализа, когда приводится содержание серы в шлаке, в чугуне

 

Для увеличения Ls необходимо:

1. Увеличить концентрацию CaO в шлаке

2. Уменьшить содержание FeO в шлаке

Таким образом для обессеривания наиболее пригоден восстановительный процесс. Ls= 2-7%, а в доменной плавке Ls=50-60%. При температурах 1500-1600 оС реакция обессеривания. В этом причина низкой эффективности обессеривания в СПП. В доменной печи из-за наличия углерода обессеривание происходит иначе.

Константа равновесия последней реакции существенно больше 1. Поэтому в доменных шлаках содержание его не превышает 0,3%. Что и обеспечивает высокую степень перехода серы в шлак. В окислительных процессах из-за значительного содержания FeO в шлаке результаты обессеривания значительно хуже чем в ДП. Не смотря на существенно бОльшую основность шлака. Обессеривающая способность существенно зависит от состава шлака. Увеличение CaO, MgO, MnO повышает Ls. Увеличение SiO2, Al2O3 понижает. Особенно сильно влияние CaO и SiO2. ДельтаН реакции невысок. Поэтому температура слабо влияет на равновесие реакции. В данной реакции коэффициент распределения серы зависит главным образом от концентрации CaO и от парциального давления СО. Поэтому обессеривание чугуна продолжается на выпуске в главном желобе при резком уменьшении Рсо.

Кинетика обессеривания.

В производственных условиях, особенно в восстановительных процессах коэффициент распределения серы фактический меньше равновесного. Удаление серы определяется кинетикой взаимодействия. Механизм взаимодействия включает следующие стадии:

1. Диффузии серы из объема металла к поверхности раздела фаз металл-шлак

2. Химическое взаимодействие на поверхности раздела фаз и обогащение пограничного слоя шлака с серой металла кислородом

3. Отвод, диффузия серы из пограничного слоя в объем шлака, где ее концентрация ниже

4. Отвод кислорода из металла за счет реакции обезуглероживания.

Обессеривание лимитируется диффузией .

Отсюда следует:

1. что в начальной стадии содержание серы на поверхности существенно больше Соб, а Соб=0. Тогда наблюдаемая скорость процесса будет

2. Коэффицеинт диффузии серы в шлаке и, следовательно Vнаб увеличивается с ростом температур, что вызвано уменьшением вязкости шлака, в этом же направлении действуют и разжижающие добавки MnO и особенно CaF2.

3. Vнаб пропорциональна f по отношению к Lш, отсюда перемешивание металла и шлака ведет к увеличению Ls, особенно интенсивно происходит перемешивание при выпуске чугуна

4. Чем больше Ls тем выше наблюдаемая скорость обессеривания

5. Рост температур увеличивает скорости всех звеньев Ls фактический и степень приближения его к равновесному значению

6. Увеличение основности увеличивает Ls до определенного предела